(57)【要約】【課題】スクラッチの発生を抑制した効率的な化学的平坦化方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、化学的平坦化方法は、凹凸を有する被加工膜の上に前記凹凸に沿い前記被加工膜と結合または吸着し前記被加工膜の溶解を抑制する表面層を形成する工程を含む。本方法は、前記被加工膜を溶解する加工溶液中で前記表面層を介して前記被加工膜と加工体とを接触させつつ前記被加工膜と前記加工体とを回転させ、前記凹凸の凹部上の前記表面層を残しつつ前記凹凸の凸部上の前記表面層を除去し、前記凸部の溶解の程度を前記凹部の溶解の程度よりも大きくして前記被加工膜を平坦化する工程をさらに含む。【選択図】図１
2013128096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸を有し酸化シリコン膜の被加工膜の上に前記凹凸に沿い前記被加工膜と結合または吸着し前記被加工膜の溶解を抑制し、界面活性剤の層、自己組織化層、及び、撥水層のいずれかの表面層を形成する工程と、
フッ化水素溶液、フッ化アンモニウム溶液、または、強アルカリの溶液を含み、前記被加工膜を溶解する加工溶液中で、前記表面層を介して、前記被加工膜と、触媒材料を含む加工体と、を接触させつつ、前記被加工膜と前記加工体とを回転させ、前記凹凸の凹部上の前記表面層を残しつつ前記凹凸の凸部上の前記表面層を除去し、前記凸部の溶解の程度を前記凹部の溶解の程度よりも大きくして前記被加工膜を平坦化する工程と、
を備え、
前記界面活性剤は、ポリアクリル酸と、ポリビニルピロリドン及びポリエチレンイミンの少なくともいずれかと、を含み、
前記加工溶液は、前記表面層を形成する原料を含み、
前記表面層の形成は、前記原料を含む前記加工溶液と前記被加工膜とを接触させて前記原料から前記表面層を形成することを含む化学的平坦化方法。
【請求項２】
凹凸を有する被加工膜の上に前記凹凸に沿い前記被加工膜と結合または吸着し前記被加工膜の溶解を抑制する表面層を形成する工程と、
前記被加工膜を溶解する加工溶液中で前記表面層を介して前記被加工膜と加工体とを接触させつつ前記被加工膜と前記加工体とを回転させ、前記凹凸の凹部上の前記表面層を残しつつ前記凹凸の凸部上の前記表面層を除去し、前記凸部の溶解の程度を前記凹部の溶解の程度よりも大きくして前記被加工膜を平坦化する工程と、
を備えた化学的平坦化方法。
【請求項３】
前記被加工膜は、酸化シリコン膜である請求項２記載の化学的平坦化方法。
【請求項４】
前記加工溶液は、フッ化水素溶液、フッ化アンモニウム溶液、または、強アルカリの溶液を含む請求項３記載の化学的平坦化方法。
【請求項５】
前記表面層は、界面活性剤の層、自己組織化層、及び、撥水層のいずれかである請求項２〜４のいずれか１つに記載の化学的平坦化方法。
【請求項６】
前記加工体は、触媒材料を含む請求項２〜５のいずれか１つに記載の化学的平坦化方法。
【請求項７】
前記加工溶液は、前記表面層を形成する原料を含み、
前記表面層の形成は、前記原料を含む前記加工溶液と前記被加工膜とを接触させて前記原料から前記表面層を形成することを含む請求項２〜６のいずれか１つに記載の化学的平坦化方法。
【請求項８】
前記界面活性剤は、ポリビニルピロリドン及びポリエチレンイミンの少なくともいずれかを含む請求項２〜７のいずれか１つに記載の化学的平坦化方法。
【請求項９】
前記界面活性剤は、ポリアクリル酸をさらに含む請求項８記載の化学的平坦化方法。
【請求項１０】
凹凸を有する被加工膜の上に前記凹凸に沿い前記被加工膜と結合または吸着し前記被加工膜の溶解を抑制する表面層を形成する工程と、
前記被加工膜を溶解する加工溶液中で前記表面層を介して前記被加工膜と加工体とを接触させつつ前記被加工膜と前記加工体とを回転させ、前記凹凸の凹部上の前記表面層を残しつつ前記凹凸の凸部上の前記表面層を除去し、前記凸部の溶解の程度を前記凹部の溶解の程度よりも大きくして前記被加工膜を平坦化する工程と、
を実施可能な化学的平坦化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、化学的平坦化方法及び化学的平坦化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスにおいて、例えば、リソグラフィの焦点深度(ＤＯＦ:Depth of Focus)を確保するために、被加工体の表面において平坦性が高いことが望まれる。
【０００３】
平坦化のための加工技術として、化学機械研磨（ＣＭＰ:Chemical Mechanical Polishing）技術があるが、使用するスラリー中の砥粒（物理的研磨剤）による研磨損傷（スクラッチ）が歩留まりを低下させる原因となる。
【０００４】
物理的研磨剤を用いない方法として凹凸表面を埋め込む氷層を形成し、この氷層をその表面から溶かしながら研磨する方法がある。また、絶縁膜溶解剤、絶縁膜の溶解保護剤及び水を含むＣＭＰ研磨剤を用い、被研磨膜のエッチングを防止し且つＣＭＰ研磨中は被研磨膜表面を脆弱化させながら基板表面を研磨する基板の研磨方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１４４６５２号公報
【特許文献２】特開２００３−５９８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、スクラッチの発生を抑制した効率的な化学的平坦化方法及び化学的平坦化装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、化学的平坦化方法は、凹凸を有する被加工膜の上に前記凹凸に沿い前記被加工膜と結合または吸着し前記被加工膜の溶解を抑制する表面層を形成する工程を含む。本方法は、前記被加工膜を溶解する加工溶液中で前記表面層を介して前記被加工膜と加工体とを接触させつつ前記被加工膜と前記加工体とを回転させ、前記凹凸の凹部上の前記表面層を残しつつ前記凹凸の凸部上の前記表面層を除去し、前記凸部の溶解の程度を前記凹部の溶解の程度よりも大きくして前記被加工膜を平坦化する工程をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る化学的平坦化方法を示すフローチャート図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｄ）は、第１の実施形態に係る化学的平坦化方法を示す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第１の実施例に係る化学的平坦化方法を示す模式的断面図である。
【図４】第４の実施例に係る化学的平坦化方法を示す模式的断面図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第２の実施形態に係る化学的平坦化方法を示す模式的断面図である。
【図６】第３の実施形態に係る電子装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図７】第４の実施形態に係る化学的平坦化装置を例示する模式図である。
【図８】第４の実施形態に係る別の化学的平坦化装置を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る化学的平坦化方法を例示するフローチャート図である。  図２（ａ）〜図２（ｄ）は、第１の実施形態に係る化学的平坦化方法を例示する模式的断面図である。  
図２（ａ）に表したように、本実施形態に係る化学的平坦化方法においては、被加工膜１０は、凹凸１１を有する。凹凸１１は、凸部１１ｐと、凹部１１ｄと、を有する。凸部１１ｐの上面と、凹部１１ｄの下面と、の間の距離（凹凸１１の深さｈ１）は、例えば、３０ナノメートル（ｎｍ）以上、５０００ｎｍ程度以下である。
【００１１】
被加工膜１０は、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）である。ただし、実施形態はこれに限らず、被加工膜１０の材料は任意である。実施形態において、被加工膜１０は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、または、塗布法により形成される。
【００１２】
被加工膜１０は、例えば、基体５の主面上に形成されている。基体５は、例えば、半導体メモリ、高速ロジックＬＳＩ、システムＬＳＩ、メモリ・ロジック混載ＬＳＩなどの半導体デバイスの基板などである。
【００１３】
図１及び図２（ｂ）に表したように、本方法では、凹凸１１を有する被加工膜１０の上に、表面層２０を形成する（ステップＳ１１０）。表面層２０は、被加工膜１０の凹凸１１に沿う。表面層２０は、被加工膜１０と、結合、または、化学吸着等の吸着により形成される。表面層２０は、被加工膜１０の溶解を抑制する。表面層２０は、例えば、被加工膜１０の保護層として機能する。
【００１４】
表面層２０には、例えば、界面活性剤の層、自己組織化層及び撥水層の少なくともいずれかが用いられる。表面層２０の例については後述する。
【００１５】
図１及び図２（ｃ）に表したように、凹凸１１の凸部１１ｐ上の表面層２０を除去し、被加工膜１０の凹凸１１の凸部１１ｐの溶解の程度を凹凸１１の凹部１１ｄの溶解の程度よりも大きくして、被加工膜１０を平坦化する（ステップＳ１２０）。例えば、凸部１１ｐの溶解速度を凹部１１ｄの溶解速度よりも速くする。
【００１６】
加工溶液３０中で、表面層２０を介して被加工膜１０と加工体４０とを接触させる。加工溶液３０は、被加工膜１０を溶解する溶液である。例えば、被加工膜１０がＳｉＯ２膜である場合には、加工溶液３０は、フッ化水素溶液、フッ化アンモニウム溶液、または、強アルカリの溶液を含むことができる。これにより、加工溶液３０は、被加工膜１０を溶解する。
【００１７】
加工体４０は、例えば、研磨用パッドである。加工体４０は、例えば、樹脂材料を含む。また、加工体４０は、例えば、触媒材料を含むことができる。
【００１８】
加工溶液３０中で表面層２０を介して被加工膜１０と加工体４０とを接触させつつ、被加工膜１０と加工体４０とを回転させる。すなわち、被加工膜１０と加工体４０との相対的な位置を変化させる。例えば、表面層２０を介して被加工膜１０と加工体４０とを接触させつつ被加工膜１０及び加工体４０の少なくともいずれかを回転させる。この回転は、例えば、被加工膜１０と加工体４０とが接する面に対して垂直な方向を軸とする回転である。上記の相対的な位置の変化（例えば回転）により、凹凸１１の凹部１１ｄ上の表面層２０を残しつつ凹凸１１の凸部１１ｐ上面上の表面層２０を除去する。すなわち、凹凸１１の凸部１１ｐ上の表面層２０を選択的に除去する。
【００１９】
これにより、表面層２０で凹部１１ｄが覆われ、表面層２０から凸部１１ｐの上面が露出する状態が得られる。そして、凸部１１ｐは加工溶液３０に接触し、凸部１１ｐは、加工溶液３０により溶解される。一方、凹部１１ｄは、表面層２０で覆われており加工溶液３０に接触しないため溶解され難い。すなわち、被加工膜１０の凹凸１１の凸部１１ｐの溶解の程度は、凹凸１１の凹部１１ｄの溶解の程度よりも大きくなる。この状態で、被加工膜１０の溶解が進むことで、被加工膜１０は平坦化される。すなわち、平坦化（ステップＳ１２０）後における被加工膜１０の凹凸の深さｈ２は、処理前の凹凸の深さｈ１よりも小さくなる。このように、平坦化処理後においては、初期の凹凸の深さ（大きさ）よりも、加工後の凹凸の深さ（大きさ）が小さい状態が得られる。
【００２０】
本実施形態においては、加工溶液３０は、砥粒を実質的に含まない。これにより、砥粒に起因するスクラッチの発生が抑制される。
【００２１】
例えば、機械的な研磨方法（ラッピングなど）においては、被加工膜１０の凸部１１ｐから選択的に加工が行われ、凸部１１ｐが実質的に消失したところで、平坦な表面が得られる。このため、研磨の厚さは、凹凸の深さｈ１とほぼ同等であり、効率的に平坦化を行うことができる。しかしながら機械的な研磨方法では、被加工膜１０の表面でのダメージが大きく、加工により変質したダメージ層が形成されてしまう。このため、この方法は、高い特性と高い精度を有する微細な素子には適用できない。
【００２２】
また、例えば、ＳｉＯ２膜のＣＭＰにおいて、ＣｅＯ２の砥粒に界面活性剤を添加したスラリーを用いる構成もある。ＣＭＰでは、研磨パッドにウェーハを直接、機械的に接触させて平坦化を行うため、研磨後に表面に欠陥が発生し易い。特に、微細化に伴い、スラリー中の砥粒によって誘発されるスクラッチは、歩留まりを下げる要因となることが分かった。
【００２３】
一方、例えば砥粒を用いない化学的な研磨方法（ウエットエッチングなど）においては、例えばエッチャントによる等方的なエッチングが行われる。この方法では、被加工膜１０の表面において機械的なダメージの発生はない。しかしながら、凸部１１ｐでのエッチング速度は凹部１１ｄのエッチング速度と余り変わらないため、平坦な表面を得るためには、凹凸１１の深さｈ１よりもかなり長い深さのエッチングが必要である。このため、平坦化のために加工する量が多く、効率が低い。また、場合によっては、エッチピットによって却って平坦性が悪化する可能性がある。
【００２４】
これに対して、本実施形態においては、被加工膜１０の凹凸１１の表面を表面層２０で覆い、その後、凸部１１ｐ上の表面層２０を選択的に除去する。これにより、被加工膜１０の凹凸１１の凸部１１ｐの溶解の程度を凹凸１１の凹部１１ｄの溶解の程度よりも大きくできる。これにより、平坦化のために除去する被加工膜１０の厚さは、凹凸１１の深さｈ１とほぼ同等で良く、平坦化の効率が高い。
【００２５】
なお、ＳｉＣやＧａＮなどの被加工膜の化学的平坦化方法として、例えば、フッ化水素溶液中で、Ｐｔなどの触媒板と、ＳｉＣやＧａＮと、を接触させる方法がある。この方法においては、触媒板の表面上でのみ活性な反応種が生成し、被加工膜の凸部のみに選択的にエッチングが発生して平坦化が進行する。しかしながら、適用される被加工膜の材料はＳｉＣやＧａＮなどに限られ、ＳｉＯ２などを含む任意の材料の被加工膜の平坦化には使用できない。
【００２６】
これに対して、本実施形態に係る化学的平坦化方法においては、被加工膜１０の材料は限定されず、本方法は、高い精度での平坦化の要求の高いＳｉＯ２膜などの平坦化に適用できる。すなわち、被加工膜１０を溶解する加工溶液３０を適切に選択し、被加工膜１０の凹凸１１に沿う表面層２０を用いる。表面層２０を介して被加工膜１０と加工体４０とを接触させつつ被加工膜１０と加工体４０とを回転させ、凹部１１ｄ上の表面層２０を残しつつ凸部１１ｐ上の表面層２０を選択的に除去する。これにより、被加工膜１０の凸部１１ｐの溶解の程度を凹部１１ｄの溶解の程度よりも大きくする。これにより、被加工膜１０を平坦化する。これにより、任意の材料の被加工膜１０を効率良く高い精度で平坦化できる。
【００２７】
なお、物理的研磨剤を用いない方法として凹凸表面を埋め込む氷層を形成し、この氷層をその表面から溶かしながら研磨する方法においては、氷層の形成及び氷層の溶解に伴う温度変化により、例えば被加工膜１０に熱膨張または熱収縮が生じ、被加工膜１０及び基体５に含まれる微細な構造体が破壊されることがある。また、微細な凹凸表面を氷層で埋め込み、この氷層の表面から均一に溶解させることは、面内の温度むら（例えば摩擦熱などのむらも含む）などにより、非常に困難である。そして、氷層は、被加工膜１０の上に乗っているだけであり、氷層は、被加工膜１０と結合または吸着していない。このため、氷層は、被加工膜１０の上に安定して存在できず、安定した平坦化を行うことが困難である。
【００２８】
また、絶縁膜溶解剤、絶縁膜の溶解保護剤及び水を含むＣＭＰ研磨剤を用いる方法においては、溶解保護剤により被研磨膜のエッチングを防止し且つＣＭＰ研磨中に被研磨膜表面を脆弱化させることが目的であり、凸部１１ｐと凹部１１ｄとでの溶解速度を変化させることが困難である。このため、被加工膜１０を効率良く高い精度で平坦化することは困難である。
【００２９】
本実施形態においては、被加工膜１０の上に、被加工膜１０の凹凸１１に沿い、被加工膜１０と結合または吸着する表面層２０を形成することで、表面層２０が安定して形成できる。これにより、凸部１１ｐと凹部１１ｄとでの溶解速度を変化させることが、再現性良く実現できる。
【００３０】
実施形態に係る化学的平坦化方法は、シリコン系の半導体プロセスにおける素子分離領域形成やメタル前絶縁膜形成のための、ＳｉＯ２膜の平坦化に応用できるため、利用価値が非常に大きい。
【００３１】
本実施形態に係る化学的平坦化方法によれば、スクラッチの発生を抑制した効率的な化学的平坦化方法が提供できる。以下、本実施形態に係る化学的平坦化方法に係るいくつかの実施例について説明する。
【００３２】
（第１の実施例）
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第１の実施例に係る化学的平坦化方法を例示する模式的断面図である。  
例えば、図３（ａ）に表したように、図示しないシリコン基板（基体５）の上に、ＳｉＯ２膜の被加工膜１０が形成される。このシリコン基板の主面上には、例えばトランジスタなどの素子が形成されている。そしてこのような素子は凹凸を有しており、この凹凸を埋め込むように被加工膜１０が形成される。被加工膜１０は、例えばＣＶＤ法または塗布法により形成され、素子に起因した凹凸を平坦化するように形成されるが、被加工膜１０の上には凹凸１１が存在する。
【００３３】
図３（ｂ）に表したように、表面層２０として、界面活性剤を被加工膜１０に吸着させる。被加工膜の表面に吸着した界面活性剤（表面層２０）は、表面保護膜として機能する。界面活性剤には、アニオン性、カチオン性、両性及び非イオン性の界面活性剤を用いることができる。また、界面活性剤は、アニオン系、非イオン部を有するアニオン系、カチオン系、両性系及び非イオン系の界面活性剤から選択することができる。この界面活性剤に好ましく用いられる官能基の例としては、例えば、カルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型、リン酸エステル型、アミン塩型、第４級アンモニウム塩型、エーテル型、エステル型、アルカノールアミド型、カルボキシベタイン型、及びグリシン型の官能基等があげられる。
【００３４】
例えば、界面活性剤は、被加工膜１０の極性と逆の極性を有することができる。これにより、界面活性剤は、電気的相互作用により、被加工膜１０により強く吸着することができる。これにより、表面層２０が安定して形成できる。例えば、被加工膜１０がＳｉＯ２膜である場合には、表面層２０となる界面活性剤には、カチオン系界面活性剤を用いることが好ましい。
【００３５】
これにより、ＳｉＯ２膜の被加工膜１０の表面に、界面活性剤が電気的相互作用により強く吸着する。このように、表面層２０として界面活性剤を用いた場合には、表面層２０は、被加工膜１０に化学吸着する。すなわち、本実施形態において、表面層２０の形成は、被加工膜１０の上に界面活性剤の層を形成することを含むことができる。
【００３６】
図３（ｃ）に表したように、加工溶液３０中で表面層２０を介して被加工膜１０と加工体４０とを接触させつつ、被加工膜１０と加工体４０とを回転させる。加工溶液３０には、例えば、水酸化カリウムやアンモニア等の溶液が用いられる。加工溶液３０のｐＨは１０程度であり、加工溶液３０は、強アルカリ溶液である。加工溶液３０中で、被加工膜１０（ＳｉＯ２膜）に、加工体４０を、被加工膜１０及び加工体４０の少なくともいずれかを回転させながら接触させて平坦化加工を行う。加工体４０には、例えばウレタン樹脂からなる研磨パッドが用いられる。
【００３７】
このとき、図３（ｃ）に表したように、被加工膜１０の凹部１１ｄは、界面活性剤の表面層２０により保護され、強アルカリ溶液中でも溶解が抑制される。一方、凸部１１ｐでは、ウレタン樹脂の加工体４０との接触により、凸部１１ｐ上面上から界面活性剤が離脱し、凸部１１ｐのＳｉＯ２膜が露出する。被加工膜１０の表面において、界面活性剤の吸着量が多いと、加工溶液３０による被加工膜１０の溶解速度は低い。このため、凸部１１ｐにおいて、強アルカリ溶液により溶解が進行する。このように、凸部１１ｐが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。
【００３８】
第１の実施例においては、凹部１１ｄに対する凸部１１ｐの加工選択比が高い。このため、高い平坦性が効率良く得られる。そして、砥粒を用いないため、スクラッチの発生が抑制される。
【００３９】
（第２の実施例）  
本実施例では、表面層２０としてカチオン性界面活性剤のポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）をＳｉＯ２の被加工膜１０（図３（ｃ）参照）の表面に形成する。本実施例では、カチオン性界面活性剤を用いているため、表面が負に帯電しているＳｉＯ２の被加工膜１０と吸着しやすく、容易に表面層２０を形成することができる。他にも、カチオン性界面活性剤として、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）を用いることができる。
【００４０】
本実施例に用いられるＰＶＰの水系ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）によって測定された、ポリエチレングリコール換算の重量平均分子量（Ｍｗ）は、２万以上、好ましくは２０万以上かつ１５０万以下、より好ましくは３０万以上かつ１５０万以下である。重量平均分子量が上記範囲にあると、ウレタン樹脂の加工体４０との接触による摩擦を低減することができる。界面活性剤を用いた場合、重量平均分子量が大きいほど保護効果は高い。
【００４１】
他にも、例えば、重量平均分子量が２０万以上である第１のＰＶＰと、２万以下の第２のＰＶＰを混合してもよい。これにより、比較的高分子量である第１のＰＶＰによって加工溶液３０から保護がなされ、かつ比較的低分子量である第２のＰＶＰにより緻密に表面層２０が被加工膜１０を被覆することができる。
【００４２】
ＰＥＩの水系ＧＰＣによって測定された、ポリエチレングリコール換算の重量平均分子量（Ｍｗ）は、１万以上、好ましくは１０万以上かつ１００万以下である。重量平均分子量が上記範囲にあると、ウレタン樹脂の加工体４０との接触による摩擦を低減することができる。
【００４３】
また、図３（ｃ）に表したように、被加工膜１０の凹部１１ｄは、カチオン性界面活性剤の表面層２０により保護され、加工溶液３０による溶解が抑制される。一方、凸部１１ｐでは、ウレタン樹脂の加工体４０との接触により、凸部１１ｐ上面上からカチオン性界面活性剤が離脱し、凸部１１ｐのＳｉＯ２膜が露出する。被加工膜１０の表面において、界面活性剤の吸着量が多いと、加工溶液３０による被加工膜１０の溶解速度は低い。このため、凸部１１ｐにおいて、フッ化水素とフッ化アンモニウムの混合溶液により溶解が進行する。このように、凸部１１ｐが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。
【００４４】
（第３の実施例）  
本実施例では、表面層２０の形成のために２種類の界面活性剤を用いる。第一の界面活性剤としてカチオン性界面活性剤を、第二の界面活性剤としてアニオン性界面活性剤を用い、被加工膜１０（図３（ｃ）参照）の表面に形成する。カチオン性界面活性剤及びアニオン性界面活性剤を混合することにより、電気的または疎水的相互作用により、アニオン性界面活性剤を用いない場合よりも、さらに表面層２０の保護効果を高めることができる。
【００４５】
本実施例に用いられるカチオン性の第１の界面活性剤は、例えば、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）またはポリエチレンイミン（ＰＥＩ）である。
【００４６】
アニオン性の第２の界面活性剤として、例えば、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）の重量平均分子量は、例えば、ＧＰＣによって測定されたポリエチレングリコール換算の重量平均分子量（Ｍｗ）を適用できる。ＰＡＡの重量平均分子量（Ｍｗ）は２,０００以上かつ５００万以下であればよいが、好ましくは４,０００以上かつ１０万以下である。第２の界面活性剤はアニオン性界面活性剤のため、単独では、溶解抑制効果は小さい。
さらに溶解を抑制するためには、第１の界面活性剤は重量平均分子量が大きいほど保護効果は高いが、第２の界面活性剤は、比較的重量平均分子量は小さい方が好ましい。例えば、重量平均分子量が１００万の第１のＰＥＩと、重量平均分子量が４,０００の第２のＰＡＡを混合すると、より緻密に被加工膜１０を被覆することができ、摩擦と溶解を更に抑制することができる。
【００４７】
図３（ｃ）に表したように、被加工膜１０の凹部１１ｄは、カチオン性である第１の界面活性剤及びアニオン性である第２の界面活性剤を含む表面層２０により保護され、加工溶液３０による溶解が抑制される。一方、凸部１１ｐでは、ウレタン樹脂の加工体４０との接触により、凸部１１ｐ上面上から第１の界面活性剤及び第２の界面活性剤が離脱し、凸部１１ｐのＳｉＯ２膜が露出する。被加工膜１０の表面において、界面活性剤の吸着量が多いと、加工溶液３０による被加工膜１０の溶解速度は低い。このため、凸部１１ｐにおいて、フッ化水素とフッ化アンモニウムの混合溶液により溶解が進行する。このように、凸部１１ｐが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。
【００４８】
（第１の参考例）  
第１の参考例においては、表面層２０を形成せず、シリカ砥粒を用い、ｐＨが８のアルカリ溶液を用いる。この溶液中で、ウレタン樹脂の加工体４０を用いてＳｉＯ２膜のＣＭＰによる平坦化が行われる。この場合には、平坦性は良好であるが、砥粒によるスクラッチが発生する。
【００４９】
（第２の参考例）  
第２の参考例においては、表面層２０を形成せず、セリア砥粒に界面活性剤を添加したスラリーを用いたｐＨが７のアルカリ溶液を用いる。この溶液中で、ウレタン樹脂の加工体４０を用いてＳｉＯ２膜のＣＭＰによる平坦化が行われる。この場合には、第１の参考例よりも高い平坦性が得られるが、砥粒によるスクラッチが発生する。
【００５０】
（第３の参考例）  
第３の参考例においては、表面層２０を形成せず、砥粒を用いず、ｐＨが１０の強アルカリ溶液中で、ＳｉＯ２膜のウエットエッチングが行われる。このとき、加工体４０は用いない。この場合は、スクラッチの発生は無いが、平坦性は低い。これは、凹部１１ｄと凸部１１ｐとの両方で等方的に溶解が進むためである。
【００５１】
（第４の参考例）  
第４の参考例においては、表面層２０を形成せず、砥粒を用いず、フッ化水素中で、ＳｉＯ２膜のウエットエッチングが行われる。このとき、加工体４０は用いない。この場合は、スクラッチの発生は無いが、平坦性は低い。これは、凹部１１ｄと凸部１１ｐとの両方で等方的に溶解が進むためである。
【００５２】
（第４の実施例）  
第４の実施例では、表面層２０として自己組織化層（Self-Assembled Monolayer：ＳＡＭ）を、ＳｉＯ２の被加工膜１０の表面に形成する。このように、表面層２０の形成は、被加工膜１０の上に自己組織化層を形成させることを含むことができる。
【００５３】
自己組織化する分子は、その反応性官能基が、ＳｉＯ２膜表面に向いた方向で吸着する。例えば、自己組織化する分子が長鎖アルキル基を有する場合、ファンデルワールス力や疎水基相互作用が働く。例えば、自己組織化する分子がベンゼン環を有する場合には、π電子相互作用が働く。このような分子においては、吸着分子が集合したときに熱的に安定化するため、分子が密に集積化した単分子膜が形成される。
【００５４】
この自己組織化層を表面層２０として用いることで、加工溶液３０による被加工膜１０のウエットエッチングが抑制される。自己組織化層を用いた表面層２０は、界面活性剤を用いた場合によりも緻密に被加工膜１０を被覆する。このため、加工溶液３０からの被加工膜１０の保護効果が大きい。
【００５５】
ＳｉＯ２膜の表面への自己組織化層の形成方法としては、例えば、シランカップリング反応を利用することができる。例えば、有機シランでＳｉＯ２膜の表面を処理すると、共有結合により、有機シラン分子が固定化されるシランカップリング反応が起こる。このとき、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）により、ＳｉＯ２膜の表面が改質される。すなわち、表面層２０は、被加工膜１０と結合する。このように、表面層２０の形成は、シランカップリング反応を生じさせることを含むことができる。
【００５６】
この実施例では、加工溶液３０としてフッ化水素溶液を用い、加工体４０としてＰｔ（白金）の板を用いる。Ｐｔ板は、触媒として機能する。フッ化水素溶液中で、ＳｉＯ２膜（被加工膜１０）と、Ｐｔ板（加工体４０）と、を、表面層２０を介して接触させ、ＳｉＯ２膜及びＰｔ板の少なくともいずれかを回転させて平坦化加工を行う。このとき、ＳｉＯ２膜の凹部１１ｄでは、自己組織化層の表面層２０による改質・保護により、フッ化水素による溶解が抑制される。
【００５７】
一方、凸部１１ｐのＰｔ板（触媒）の近傍では、以下の第１式、
Ｆ＊＋Ｈ２Ｏ  →  ＯＨ＊  ＋ＨＦ                    （１）
の反応により、ヒドロキシラジカル（ＯＨ＊）が生成される。
【００５８】
図４は、第４の実施例に係る化学的平坦化方法を例示する模式的断面図である。  
図４は、凸部１１ｐのＰｔ板（触媒）の近傍におけるヒドロキシラジカル（ＯＨ＊）の発生の状態を模式的に例示している。Ｐｔ板の触媒（加工体４０）と接触する凸部１１ｐでは、ヒドロキシラジカルによる酸化により、シロキサン結合が切断され、ＳｉＯ２が形成される。そして、以下の第２式、
ＳｉＯ２＋６ＨＦ  →  Ｈ２ＳｉＦ６  ＋  ２Ｈ２Ｏ      （２）
の反応により、ＳｉＯ２が溶解する。その結果、凸部１１ｐが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。被加工膜１０の表面において、自己組織化層の量が多いと、加工溶液３０による被加工膜１０の溶解速度は低い。
【００５９】
第４の実施例においても、凹部１１ｄに対する凸部１１ｐの加工選択比が高い。このため、高い平坦性が効率良く得られる。そして、砥粒を用いないため、スクラッチの発生が抑制される。
【００６０】
（第５の実施例）  
第５の実施例では、表面層２０として自己組織化層を用いる。そして、加工体４０としてＴｉＯ２を用いる。ＴｉＯ２は光触媒として機能する。  
例えば、ｐＨが１０程度の強アルカリ溶液中で、自己組織化層の表面層２０を介して、ＳｉＯ２膜とＴｉＯ２板と接触させ、ＳｉＯ２膜及びＴｉＯ２板の少なくともいずれかを回転させながら平坦化加工を行う。このとき、ＴｉＯ２板の表面に紫外光を含有する光を照射する。ＳｉＯ２膜の凹部１１ｄでは自己組織化層の表面層２０による改質・保護により、強アルカリ溶液による溶解が抑制される。
【００６１】
一方、凸部１１ｐのＴｉＯ２板（触媒）の近傍では、ＴｉＯ２の光触媒効果により、ホールが形成され、以下の第３式及び第４式によりヒドロキシラジカルが生成される。
ＴｉＯ２  ＋  ｈν    →  ｅ−  ＋  ｈ＋            （３）
ＯＨ−  ＋  ｈ＋      →  ＯＨ＊                    （４）
触媒と接触する凸部１１ｐでは、ヒドロキシラジカルによる酸化により、シロキサン結合が切断されＳｉＯ２が表面に形成される。そして、強アルカリ溶液の加工溶液３０により、ＳｉＯ２膜が溶解する。その結果、凸部１１ｐが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。
【００６２】
第５の実施例においても、凹部１１ｄに対する凸部１１ｐの加工選択比が高いため、高い平坦性が効率良く得られる。そして、砥粒を用いないため、スクラッチの発生が抑制される。表面層２０として用いた自己組織化層は、平坦化加工の後に、例えば、アッシングにより除去することができる。
【００６３】
（第６の実施例）  
第６の実施例では、表面層２０として、撥水化処理層を用いる。例えば、表面層２０の形成処理として、例えば、テトラメチルシリルジエチルアミン（ＴＭＳＤＭＡ）によるシリル化処理を行う。そして、加工体４０として、Ｍｏ（モリブデン）板を用いる。Ｍｏ板は、触媒として機能する。加工溶液３０として、フッ化水素溶液を用いる。
【００６４】
フッ化水素溶液中で、撥水化処理層の表面層２０を介して、ＳｉＯ２膜とＭｏ板とを接触させ、ＳｉＯ２膜及びＭｏ板の少なくともいずれかを回転させながら平坦化加工を行う。このとき、ＳｉＯ２膜の凹部１１ｄでは、撥水化処理層の表面層２０により、フッ化水素による溶解が抑制される。被加工膜１０の表面において、撥水化層の量が多いと（ＳｉＯ２膜の撥水化度が高いと）、加工溶液３０による被加工膜１０の溶解速度は低い。
【００６５】
凸部１１ｐのＭｏ板の近傍では、第１式の反応により、ヒドロキシラジカルが生成される。触媒であるＭｏ板と接触する凸部１１ｐでは、ヒドロキシラジカルによる酸化により、シロキサン結合が切断され、表面にＳｉＯ２が形成される。第２式の反応によりＳｉＯ２が溶解する。その結果、凸部１１ｐが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。
【００６６】
第６の実施例においても、凹部１１ｄに対する凸部１１ｐの加工選択比が高いため、高い平坦性が効率良く得られる。そして、砥粒を用いないため、スクラッチの発生が抑制される。
【００６７】
（第７の実施例）  
第７の実施例においては、表面層２０として、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）による撥水化処理層を用いる。そして、加工体４０として、Ｐｔ板を用い、加工溶液３０として、フッ化水素溶液を用いる。
【００６８】
この場合も、凸部１１ｐのＰｔ板の近傍では、第１式の反応により、ヒドロキシラジカルが生成され、凸部１１ｐが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。第５の実施例においても、凹部１１ｄに対する凸部１１ｐの加工選択比が高いため、高い平坦性が効率良く得られる。そして、砥粒を用いないため、スクラッチの発生が抑制される。
【００６９】
このように、表面層２０の形成は、被加工膜１０を撥水化処理することを含むことができる。そして、被加工膜１０を撥水化処理することは、テトラメチルシリルジエチルアミン、及び、ヘキサメチルジシラザンの少なくともいずれかを用いた処理を実施することを含むことができる。
【００７０】
そして、加工体４０に用いる触媒材料は、Ｐｔ及びＭｏの少なくともいずれかを含むことができる。また、触媒材料は、ＴｉＯ２を含み、平坦化する工程は、被加工膜１０に紫外線を照射することを含むことができる。
【００７１】
このように、第１の実施形態に係る化学的平坦化方法は、凹凸１１を有するＳｉＯ２膜（被加工膜１０）の上に、ＳｉＯ２膜の溶解を抑制する表面層２０（保護膜）を形成する工程と、ＳｉＯ２膜を溶解する加工溶液３０中で、ＳｉＯ２膜及び加工体４０の少なくともいずれかを回転させながら接触させて平坦化する工程と、を含む。これにより、凹凸１１を有するＳｉＯ２膜を化学的に加工し、スクラッチフリーで高平坦性が得られる化学的平坦化方法が提供できる。
【００７２】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態においては、加工溶液３０は、表面層２０を形成する原料を含む。そして、表面層２０の形成（ステップＳ１１０）は、表面層２０を形成する原料を含む加工溶液３０と被加工膜１０とを接触させて、その原料から表面層２０を形成することを含む。
【００７３】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第２の実施形態に係る化学的平坦化方法を例示する模式的断面図である。  
例えば、図５（ａ）に表したように凹凸１１を有する被加工膜１０が用いられる。被加工膜１０には、例えばＳｉＯ２が用いられる。
【００７４】
図５（ｂ）に表したように、例えば、表面層２０を形成する界面活性剤（表面層２０の原料）を含む加工溶液３０と、被加工膜１０と、を接触させる。加工溶液３０中の界面活性剤は、被加工膜１０の表面に吸着し、表面層２０が形成される。
【００７５】
図５（ｃ）に表したように、加工溶液３０中で表面層２０を介して被加工膜１０と加工体４０（例えばウレタン樹脂）とを接触させつつ、被加工膜１０と加工体４０とを回転させる。これにより、凹部１１ｄ上の表面層２０（界面活性剤）を残しつつ凹凸１１の凸部１１ｐ上の表面層２０を除去する。凸部１１ｐは加工溶液３０に接触し、凸部１１ｐは、加工溶液３０により溶解される。一方、凹部１１ｄは、表面層２０で覆われており加工溶液３０に接触しないため溶解され難い。
【００７６】
第２の実施形態においても、凹部１１ｄに対する凸部１１ｐの加工選択比が高いため、高い平坦性が効率良く得られる。そして、砥粒を用いないため、スクラッチの発生が抑制される。本実施形態においては、表面層２０の形成が加工溶液３０中の原料によって行われるため、表面層２０の形成の工程が簡略化できる。
【００７７】
このように、第２の実施形態に係る化学的平坦化方法は、凹凸１１を有するＳｉＯ２膜（被加工膜１０）と、加工溶液３０と、を接触させて、ＳｉＯ２膜の上に表面層２０を形成する。この加工溶液３０は、ＳｉＯ２膜の溶解を抑制する表面層２０となる成分と、ＳｉＯ２膜を溶解する成分と、を含む。そして、本方法は、加工溶液３０中で、ＳｉＯ２膜及び加工体４０の少なくともいずれかを回転させながら接触させて平坦化する工程と、を含む。これにより、凹凸１１を有するＳｉＯ２膜を化学的に加工し、スクラッチフリーで高平坦性が得られる化学的平坦化方法が提供できる。
【００７８】
第１及び第２の実施形態に関して説明した化学的平坦化方法は、例えば、半導体メモリ、高速ロジックＬＳＩ、システムＬＳＩ、メモリ・ロジック混載ＬＳＩなどの半導体デバイスなどの製造に用いることができる。
【００７９】
（第３の実施形態）  
第３の実施形態は、電子装置の製造方法に係る。この電子装置は、例えば、半導体層を含む半導体装置を含む。半導体装置は、例えば、半導体メモリ、高速ロジックＬＳＩ、システムＬＳＩ、メモリ・ロジック混載ＬＳＩなどを含む。この電子装置は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの装置を含むこともできる。
【００８０】
図６は、第３の実施形態に係る電子装置の製造方法を例示するフローチャート図である。  
図６に表したように、本製造方法は、基体５の上に被加工膜１０を形成する工程（ステップＳ１０５）を含む。そして、本製造方法は、ステップＳ１１０及びステップＳ１２０をさらに含む。すなわち、本製造方法は、被加工膜１０に、第１及び第２の実施形態に関して説明した化学的平坦化方法を施す工程をさらに含むことができる。
【００８１】
本製造方法においては、スクラッチの発生を抑制し効率的に平坦化が可能な化学的平坦化方法を用いることで、高性能で微細な素子を有する電子装置を高い歩留まりで製造することができる。
【００８２】
（第４の実施形態）  
図７は、第４の実施形態に係る化学的平坦化装置を例示する模式図である。  
図７に表したように、本実施形態に係る化学的平坦化装置５００は、前処理部５２０と、ポリッシング処理部５１０と、を含む。
【００８３】
前処理部５２０は、容器５２５と、ヘッド５２３と、を含む。ヘッドは、ウェーハ５０５を保持する。容器５２５内には、前処理溶液５２４を格納可能である。ウェーハ５０５は、前処理溶液５２４に接触させられる。これにより、前処理が行われる。
【００８４】
ポリッシング処理部５１０は、パッド５１１（ｐｌａｔｅｎ）と、スラリーノズル５１２と、ヘッド５１３と、を含む。ヘッド５１３は、ウェーハ５０５（基体５）を保持する。スラリーノズル５１２から、スラリー５１２ｓがパッド５１１に向けて供給される。パッド５１１は、スラリー５１２ｓを介して、ウェーハ５０５と対向する。パッド５１１を回転させつつ、ウェーハ５０５を回転させる。これによりポリッシング処理が行われる。
【００８５】
本実施形態に係る化学的平坦化装置５００においては、凹凸１１を有する被加工膜１０の上に凹凸１１に沿い被加工膜１０と結合または吸着し被加工膜１０の溶解を抑制する表面層２０を形成する工程を実施できる。さらに本装置は、被加工膜１０を溶解する加工溶液中で表面層２０を介して被加工膜１０と加工体４０とを接触させつつ被加工膜１０と加工体４０とを回転させ、凹凸１１の凹部１１ｄ上の表面層２０を残しつつ凹凸１１の凸部１１ｐ上の表面層２０を除去し、凸部１１ｐの溶解の程度を凹部１１ｄの溶解の程度よりも大きくして被加工膜１０を平坦化する工程、を実施できる。
【００８６】
本実施形態に係る化学的平坦化装置においては、スクラッチの発生を抑制し効率的な平坦化が可能であり、高性能で微細な素子を有する電子装置を高い歩留まりで製造することができる。
【００８７】
表面層を形成する工程は、前処理部５２０により実施可能である。被加工膜１０を平坦化する工程は、ポリッシング処理部５１０で実施可能である。
【００８８】
図８は、第４の実施形態に係る別の化学的平坦化装置を例示する模式図である。
【００８９】
図８に表したように、本実施形態に係る別の化学的平坦化装置６００は、前処理ポリッシング処理部６１０を含む。前処理ポリッシング処理部６１０は、パッド６１１と、ノズル６１２と、を含む。ノズル６１２からは、スラリー５１２ｓまたは前処理溶液が、切り替えて、ウェーハ５０５に向けて供給される。化学的平坦化装置６００においても、表面層を形成する工程と、被加工膜を平坦化する工程と、を実施することができる。
【００９０】
本実施形態によれば、スクラッチの発生を抑制した化学的平坦化方法及び化学的平坦化装置が提供される。
【００９１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、化学的平坦化方法及び化学的平坦化装置で用いられる被加工膜、表面層、加工溶液及び加工体などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００９２】
その他、本発明の実施の形態として上述した化学的平坦化方法及び化学的平坦化装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての化学的平坦化方法及び化学的平坦化装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００９３】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００９４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９５】
５…基体、  １０…被加工膜、  １１…凹凸、  １１ｄ…凹部、  １１ｐ…凸部、  ２０…表面層、  ３０…加工溶液、  ４０…加工体、５００…化学的平坦化装置、  ５０５…ウェーハ、  ５１０…ポリッシング処理部、  ５１１…パッド、  ５１２…スラリーノズル、  ５１２ｓ…スラリー、  ５１３…ヘッド、  ５２０…前処理部、  ５２３…ヘッド、  ５２４…前処理溶液、  ５２５…容器、  ６００…化学的平坦化装置、  ６１０…前処理ポリッシング処理部、  ６１１…パッド、  ６１２…ノズル、  ｈ１、ｈ２…深さ
【図１】
2013128096.tif 000003
【図２】
2013128096.tif 000004
【図３】
2013128096.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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